Bipolare Nervenzellen: Vorkommen, Aufbau und Funktion

Neuronen, auch Nervenzellen genannt, sind die grundlegenden Bausteine des Nervensystems. Sie sind für die Übertragung von Informationen im Körper verantwortlich. Es gibt verschiedene Arten von Neuronen, die sich in ihrer Struktur und Funktion unterscheiden. Eine wichtige Unterscheidung betrifft die Anzahl der Fortsätze, die vom Zellkörper (Soma) ausgehen. Hierbei werden unipolare, bipolare und multipolare Neuronen unterschieden. Dieser Artikel konzentriert sich auf bipolare Nervenzellen, ihr Vorkommen, ihren Aufbau und ihre Funktion.

Grundlagen der Neuronen

Aufbau eines Neurons

Ein Neuron besteht typischerweise aus drei Hauptteilen:

• Zellkörper (Soma oder Perikaryon): Enthält den Zellkern und die meisten Zellorganellen. Hier findet die Synthese von Neurotransmittern statt, die dann in Vesikel verpackt und durch die Axone zu den Nerventerminalen transportiert werden.
• Dendriten: Baumartig verzweigte Fortsätze, die Signale von anderen Neuronen empfangen und zum Soma weiterleiten. Sie sind kurz und stark verzweigt, um möglichst viele Signale aufnehmen zu können. Dendriten sind mitverantwortlich dafür, dass das Gehirn neue Inhalte lernen kann. Manche Dendriten verfügen über dendritische Dornen, kleine Ausstülpungen, an denen Synapsen sitzen.
• Axon: Ein langer, unverzweigter Fortsatz, der Signale vom Soma weg zu anderen Neuronen oder Zielzellen (z.B. Muskelzellen, Drüsenzellen) transportiert. Am Ende des Axons befinden sich Terminale, die die Information der präsynaptischen Zelle über chemische Synapsen an postsynaptische Zellen weitergeben. Das Axon kann von einer Myelinscheide umgeben sein, die die Geschwindigkeit der Signalübertragung erhöht. Der Axonhügel ist der Ursprung des elektrischen Signals der Nervenzelle und verbindet Zellkern und Axon. Das Axoplasma innerhalb des Axons umfasst mehr als 90 % des Zytosols.

Signalübertragung im Neuron

1. Ruhepotential: Neuronen haben im Ruhezustand eine negative Spannung im Inneren im Vergleich zum extrazellulären Raum (ca. -65 mV). Dies wird durch die Natrium-Kalium-Pumpe aufrechterhalten, die Natriumionen aus der Zelle und Kaliumionen in die Zelle transportiert.
2. Rezeptorsignale: Werden beispielsweise durch periphere sensorische Reize ausgelöst. Ein Rezeptorsignal entspricht in Dauer und Stärke der Intensität des Reizes, ist aber insgesamt relativ schwach.
3. Synaptische Signale: Werden durch Neurotransmitterbindung an empfangenden Synapsen an Dendriten ausgelöst. Sie sind, wie das Rezeptorsignal, graduell je nach Menge der aktivierten Rezeptoren. Synaptische Signale werden am Axonhügel des Neurons aufsummiert.
4. Aktionspotential: Wenn genügend exzitatorische Signale empfangen werden, erreicht die Membranspannung am Axonhügel einen Schwellenwert. Dies löst ein Aktionspotential aus, eine schnelle Änderung der Membranspannung, die sich entlang des Axons ausbreitet. Das Aktionspotential ist eine Alles-oder-Nichts-Entscheidung. Das Aktionspotential bleibt über die gesamte Strecke im Axon konstant.
5. Neurotransmitterausschüttung: Am Ende des Axons angekommen, führt das Aktionspotential zur Freisetzung von Neurotransmittern in den synaptischen Spalt.
6. Signalübertragung an der Synapse: Die Neurotransmitter binden an Rezeptoren auf der postsynaptischen Zelle, was entweder eine erregende (exzitatorische) oder hemmende (inhibitorische) Wirkung hat.
7. Beendigung des Signals: Die Neurotransmitter werden entweder wieder in die präsynaptische Zelle aufgenommen, abgebaut oder diffundieren aus dem synaptischen Spalt.

Arten von Neuronen

Neuronen werden nach der Anzahl ihrer Fortsätze in drei Haupttypen unterteilt:

• Unipolare Neuronen: Haben nur einen Fortsatz, der sowohl als Axon als auch als Dendrit fungiert. Sie sind sehr selten. Bei unipolaren Neuronen ist das Axon ein Zweig des Dendriten.
• Bipolare Neuronen: Haben zwei Fortsätze: ein Axon und einen Dendriten. Bipolare Neuronen haben ein ovales Soma, aus dem auf der einen Seite der Dendritenbaum und auf der anderen das Axon entspringen.
• Multipolare Neuronen: Haben viele Dendriten und ein Axon. Sie sind der häufigste Neuronentyp im Nervensystem. Bei multipolaren Neuronen entspringen dem Soma eine Vielzahl von Dendriten sowie ein Axon.

Bipolare Nervenzellen im Detail

Definition und Aufbau

Bipolare Nervenzellen zeichnen sich durch ihren spezifischen Aufbau aus:

• Ein Axon: Leitet die Erregung der Nervenzelle an Zielzellen (andere Nervenzellen, Muskulatur, Drüsenzellen) weiter.
• Ein Dendrit: Empfängt Informationen von anderen Nervenzellen und leitet sie zum Soma weiter.
• Ovales Soma (Perikaryon): Verbindet die beiden Fortsätze.

Im Gegensatz zu multipolaren Neuronen, die zahlreiche Dendriten besitzen, haben bipolare Neuronen nur einen einzigen Dendritenbaum, der vom Soma ausgeht.

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Vorkommen von bipolaren Neuronen

Bipolare Nervenzellen sind spezialisierte Neuronen, die in bestimmten Bereichen des Nervensystems vorkommen:

• Retina (Netzhaut): Bipolare Zellen in der Netzhaut sind ein wichtiges Glied in der Verarbeitung visueller Informationen. Sie empfangen Signale von den Photorezeptoren (Stäbchen und Zapfen) und leiten sie an die Ganglienzellen weiter, deren Axone den Sehnerv bilden. Sie leiten die Erregung der Fotorezeptoren an Ganglienzellen weiter, deren Fasern als Sehnerv weiter zum Gehirn ziehen.
• Riechepithel: Im Riechepithel der Nase spielen bipolare Neuronen eine Rolle bei der Geruchswahrnehmung.
• Innenohr: Im Innenohr sind bipolare Neuronen an der Weiterleitung von Hörinformationen beteiligt.
• Geschmacksknospen: Auch in den Geschmacksknospen der Zunge kommen bipolare Neuronen vor.

Funktion von bipolaren Neuronen

Die Hauptfunktion bipolarer Neuronen besteht darin, sensorische Informationen zu empfangen und weiterzuleiten. Sie fungieren als Verbindungsglieder zwischen sensorischen Rezeptorzellen und anderen Neuronen im Nervensystem.

• Visuelle Verarbeitung: In der Retina empfangen bipolare Zellen Signale von den Photorezeptoren, die auf Licht reagieren. Sie verarbeiten diese Signale und leiten sie an die Ganglienzellen weiter, die die Informationen zum Gehirn transportieren.
• Geruchswahrnehmung: Im Riechepithel nehmen bipolare Neuronen Geruchsstoffe wahr und leiten die Informationen an das Gehirn weiter.
• Hörinformationen: Im Innenohr empfangen bipolare Neuronen Signale von den Haarzellen, die auf Schallwellen reagieren, und leiten diese Informationen an das Gehirn weiter.
• Geschmackswahrnehmung: In den Geschmacksknospen nehmen bipolare Neuronen Geschmacksstoffe wahr und leiten die Informationen an das Gehirn weiter.

Unterschiede zu anderen Neuronenarten

Bipolare Neuronen unterscheiden sich von anderen Neuronentypen in Bezug auf ihre Struktur und Funktion:

• Unipolare Neuronen: Haben nur einen Fortsatz, der sowohl als Axon als auch als Dendrit fungiert. Sie sind spezialisiert auf die Übertragung von sensorischen Informationen aus der Peripherie zum Zentralnervensystem.
• Multipolare Neuronen: Haben viele Dendriten und ein Axon. Sie sind der häufigste Neuronentyp und spielen eine wichtige Rolle bei der Integration und Verarbeitung von Informationen im Gehirn und Rückenmark.
• Pseudounipolare Neuronen: Sie haben einen Zellkörper mit einem Abgang. Der teilt sich t-förmig in zwei Äste auf. Einer empfängt Signale, wie ein Dendrit. Der andere sendet Signale, wie ein Axon. Die Zellen sitzen in den Spinalganglien.

Im Vergleich zu diesen Neuronenarten sind bipolare Neuronen spezialisiert auf die Weiterleitung von sensorischen Informationen in bestimmten Bereichen des Nervensystems.

Klinische Bedeutung

Obwohl bipolare Nervenzellen spezialisierte Funktionen haben, können Erkrankungen oder Schädigungen dieser Zellen zu sensorischen Beeinträchtigungen führen. Beispielsweise können Schäden an den bipolaren Zellen in der Netzhaut zu Sehstörungen führen.

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Synaptische Plastizität

Synaptische Plastizität bezeichnet die Fähigkeit des Gehirns, neue Verbindungen zwischen Nervenzellen zu erstellen, was im Ergebnis Wissen und Erfahrung repräsentiert, und diese wieder zu entfernen. Die Signalabschwächung wird von einem angrenzenden modulierenden Interneuron gesteuert und ist nicht von der Aktivität des präsynaptischen oder postsynaptischen Neurons abhängig. Z.B. Langsame Selbsthemmung (SSI) ist ein Prozess, der die neuronale Erregbarkeit unterdrückt.

Das Gehirn und Verhalten

Einfache Reflexe werden noch recht eindeutig durch bestimmte Gehirnregionen gesteuert. Es hilft einem Individuum beim Überleben, wenn wichtige Funktionen alternativ von verschiedenen Gehirnregionen gesteuert werden können (Redundanz). Ausfallende Funktionen (z.B. Ohne die Übernahme der Steuerung der beeinträchtigten Funktion durch eine andere Gehirnregion wäre es zwar möglich, die Verschlechterung oder den Totalausfall einer Funktion durch entsprechende Verlagerung der Überlebensstrategien auf eine verstärkte Nutzung anderer Fähigkeiten (Verhaltensänderung) auszugleichen. Dies erklärt zugleich die Schwierigkeiten, bestimmte Funktionsbeeinträchtigungen auf Defekte bestimmter Gehirnregionen zurückzuführen. Analytisches Verständnis der Umwelt dient dazu, uns ein schematisches Abbild von ihr zu verschaffen. Durch die Fähigkeit zur Abstraktion und zur Vereinfachung (Zusammenfassung von Elementen zu Gruppen mit gemeinsamen Eigenschaften und von Interaktionsmechanismen zu gemeinsamen Regeln) können wir sehr viel mehr Informationen speichern und Voraussagen über mögliche Zusammenhänge bilden, die wir im konkreten einzelnen Beispiel noch nicht selbst erlebt haben. Dadurch ist es nicht erforderlich, jede existierende Schlangenart einmal gesehen zu haben, um sie zu erkennen. Es reicht, die Eigenschaften von Schlangen zu kennen (länglich, keine Beine, häufig in Wald oder Feld. meist am Boden) um auch unbekannte Schlangen als solche zu erkennen. Kognition und Analyse wird im Gehirn durch die jüngste Gehirnregion verarbeitet, den präfrontalen Kortex (PFC). Dessen analytische Sichtweise der Welt lässt sich vielleicht mit einem Blick durch ein Mikroskop vergleichen. Für eine Steuerung des eigenen Verhaltens ist ein so detaillierter Blick jedoch nur sehr eingeschränkt brauchbar. das gesamte Leben durch ständige Analyse zu steuern, wäre viel zu aufwendig. Es wären viel zu viele Daten, die gleichzeitig zu bewerten wären. So wertvoll ein Mikroskop ist, um Einzelheiten zu betrachten, so überfordernd wäre es, alle Informationen, die z.B. Würde der PFC alle Handlungen selbst steuern, wäre er völlig überlastet. Um dies zu vermeiden, speichern wir kognitiv gelernte Informationen (Wissen) und bewusst (unter Steuerungshoheit des PFC) ausgeübte Handlungen in Automatismen ab. Um eine Gewohnheit zu bilden, muss eine Handlung in der Regel 4 bis 6 Wochen geübt werden. Durch das Üben und Automatisieren wird die Handlungssteuerung vom PFC an andere, posteriore, Gehirnregionen übergeben. Automatismen und Gewohnheiten sind dann jedoch nicht frei von jeder Steuerung. Ihre Steuerung ist allerdings weit weniger diffizil und detailliert. Dieser Steuerungsmechanismus sind unsere Emotionen. Emotionen reagieren sehr schnell, aber auch sehr grob. Werden Emotionen stärker, z.B. weil etwas besonders Schönes oder Problematisches passiert, werden sie spürbar. Je besser die Automatismen trainiert sind, je mehr bewusste Korrekturen und Erweiterungen sie erfahren haben, desto besser können sie die Anforderungen an das Individuum decken. Menschen, die sich viele Jahre mit einem bestimmten Bereich des Lebens beschäftigt haben, die lange geübt und die Er… ihrer Länge, Struktur und Funktion unterscheiden.

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